Обоснование оптимальных параметров.

1.Т. Рез-ты ТД и кинетич. анализов показали, что повыш-еt оказывает полож. влияние на ск-ть р-ции, но ум-ет выход метанола, как в любом экзотерм. процессе. В пром. усл. процесс проводят, исп-я линию оптим. t (ЛОТ).

Предел повышения t огран-ся: темп-ным интервалом работы каt; протеканием побочных р-ций, снижающих кач-во метанола за счет обр-ния спиртов, эфиров, альдегидов и др. соед-ний.

t газ. смеси на входе в колонну синтеза - 200⁰С, на выходе - не более 300⁰С.

2.Р. Повыш. Р полож. влияет на ск-ть и выход метанола. Применительно к НТК оптим. Р в пределах 8 - 8,5 МПа. Предел повыш. Р огран-ся: усилением роли побочных р-ций; конструктивными особенностями реактора.

Применительн НТК выбранное Р экономически и технологически оправдано за счет: снижения металло-и энергоемкости агрегата синтеза метанола;созд. безопасных условий эксплуатации.

3.Объемная скорость - W – кол-во синтез-газа, приведенное к норм. усл., кот. проходит через объем каt в 1м3 за время 1 час. С ув-ем W сод-ние метанола в газ. фазе снижается, но производ-ть колонны синтеза возрастает. Предел повышения W огран-ся: снижением сод-ния метанола в синтез-газе на выходе из колонны; потерями каt, за счет его уноса из колонны; износом оборудования.4. Соотн-ие исх. реагентов - этот па-р им. большое значение для данного процесса, кот. протекает по замкнутой циклич. схеме. Оптим. Соотн-ие Н₂:СО=4 (стехиометрическое 2). Повыш. сод-ния СО в газ. смеси требует многократного пропускания газ. смеси через слой каt. Ув-ние кол-ва Н₂ в синтез-газе приводит к обр-нию СН₄ и, как следствие, возрастанию кол-ва «инертных» примесей, кот. снижают выход метанола.5.Размер зерна каt - этот показатель опр-ет: пов-ть контакта фаз; произв-сть реактора; гидравл.сопротив-ие колонны синтеза.В наст.время для синтеза метанола исп-ют каt с размером зерна 5х5мм. или 9х9мм. Ум-ние размера частиц каt может привести: к ув-нию гидравлич. сопр-ния колонны синтеза; к уносу каt из колонны синтеза газ. потоком; к спеканию каt; к повышению расхода электрич. энергии.Рез-ты физико-хим. оптимизации процесса синтеза метанола позволяют принять след. оптим. пар-ры проведения р-ции применительно к условиям НТК:-Т с учетом ЛОТ в пределах 250-300⁰С;

-Р 5-8МПа;

-соотношение H₂:CO = 4.

При синтезе технологической схемы необходимо учесть следующие особенности рассмотренного процесса:

1.Для ув-ия ст. исп-ния дорогостоящих реагентов СО и Н₂ данный процесс целесообразно проводить по замкнутой циклич. схеме.

2.Для достижения выс. ск-ти и выхода целевого пр-та синтез метанола в пром. усл. необх-мо проводить, используя линию оптим. t.3.При выборе циклич. схемы необходимо предусмотреть продувку системы от «инертных» примесей.

4.Р-ция синтеза метанола – экзотермич. Низкопотенц-ое тепло отходящих газов после колонны синтеза целесообразно исп-ть для подогрева питат. воды, исх. газа, направляемого в колонну синтеза, и далее в котле-утилизаторе.

Технологическая схема синтеза метанола на агрегате М-750

Конвертированный газ, Р 7,1МПа,смешив. с потоком циркуляционного газа в соотношении 1:5, поступает в циркуляционный компрессор, где дожимается до Р 8,7МПа.t газа на выходе из компрессора должна быть не выше 70⁰С. Расход газа сост. 2,2млн.м³/час. На выходе из компрессора газ разделяется на два самостоят. потока (расс-м один).Синтез-газ предварительно прох. межтрубное пространство ТО 2, где нагревается до t 120⁰С, поступает в межтрубное пространство ТО 1 и с t 210 -240⁰С направл. в колонну синтеза. (теплоносителем свежего синтез-газа явл-ся газ, выходящий из колонны синтеза метанола 4 ).Через вх. распределитель синтез-газ поступает в колонну, где протекает синтез метанола при оптим. t в пределах 260 - 280⁰С. Предел повышения t огран-ся темп-ным интервалом работы каt и не должен превышать 280⁰С. Темп-ный режим в колонне синтеза контрол-ся и регул-ся подачей в слой каt холодного байпасного газа.Выход. из колонны газ подраз-ся на 2 потока:первый выходящий поток - поступает в ТО 1, где его тепло исп-ся для подогрева свежего синтез-газа;второй поток -проходит через подогреватель питательной деарерированнойводы 3, после кот.t газ. смеси достигает 250^оС. Далее потоки с обеих ниток объедин. в один общий поток и с t 125⁰С поступает в ТО 2, где охлаж. до t 90 -100⁰С. В этом интервале темп-тур нач-ся частичная конденсация метанола и воды, образовавшихся в колонне синтеза.Газо-жидкостная смесь, выход. из ТО 2, объединяется с газо-жидкостной смесью второй нитки и напр-ся на охлаждение в блок аппаратов воздуш. Охлаж. АВО 6. В этой системе при t 70⁰С происх. конденсация паров метанола и воды. Окончат.Охлаж. газожидкостной смеси происх.в конденсаторе 7. Хладоагентом явл-ся оборотная вода. Отделение метанола-сырца от несконденсировавшихся газов происх. в сепараторе 8. Метанол-сырец из сепаратора 8 через фильтр выс. Р 9 поступает в сборник жидкого метанола – сырца 10. Р в системе снижается до 0,35МПа. Далее метанол - сырец проходит через фильтр низкого Р 11, расширительный сосуд 12, Р в кот. сост. 0,027МПа. При этом Р происходит вторичная десорбция растворенных в метаноле-сырце газов и сод-ние их в метаноле достигает мин-ных конц-ций. Выделившиеся газы (их наз. «танковыми») вместе с продувочными газами поступают на горелки печей риформинга.

Метанол-сырец направляется на ректификацию.

Конструкция колонны синтеза метанола.

Колонна синтеза – апп. цилиндрической формы со сферич. крышкой и днищем. Конструкцию колонны рассм-ют как реактор полочного типа с адиабатическим режимом по слоям, поскольку за счет ввода байпасного газа поддерживается «падающий» (ступенчатый) Т-ный режим:

первый слой - Т на входе -225⁰С;на выходе -275⁰С;

второй слой -Т на входе -230⁰С,на выходе -264⁰С;

третий слой -Т на входе- 225⁰С,на выходе -259⁰С;

четвертый слой -Т на входе -225⁰С,на выходе -255⁰С;       

Для экономии реакционного объема, равномерного распределения байпасного газа по сечению колонны установлены распределит.Уст-тва ромбовидной конструкции. Холодный байпасный газ вводится по коллектору 3, далее газ поступает в распределит. трубы 4 с отверстиями диам. 6.